1.一种基于分子动力学模拟的寒区隧道洞口结冰时间预测方法,其特征在于,所述方法包括:在建模阶段,选取寒区岩体的主要造岩矿物,并构建所述主要造岩矿物相应的稳定晶面结构,与水分子层垂直叠合,形成矿物-水-空气三相界面模型,模型厚度5-6毫米,上部设置真空层;在模拟执行阶段,采用对应矿物部分的模拟粘土矿物、水分子及离子体系的分子力场,以及采用对应水分子部分的刚性平面四点水模型,在粒子数、体积和温度保持恒定的系综条件下,进行降温模拟,并以综合势能突变、氢键数量激增和均方位移曲线由线性向平台过度的联立指标判断矿物表面水分子结冰的临界时间节点;在岩石宏观结冰时间映射阶段,通过构建的结冰模拟时间与实际岩体结冰时间的转换关系,进行微观时间尺度向宏观结冰时长的映射,并结合结冰时间多因子响应数据库,配置预测模型,其中,所述预测模型具体采用支持向量回归模型、随机森林模型或者极端梯度提升模型;在工程预测阶段,调用所述预测模型预测寒区隧道洞口结冰时间。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述建模阶段,还包括:利用共轭梯度算法或最速下降算法对初始模型结构进行能量优化;在常温下,通过所述系综条件进行短时间平衡。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述模拟降温的过程中,包括:在模拟降温过程中,对系统温度进行调节,并具体从初始温度缓慢或阶梯式降低至冰点以下的任意设定温度区间。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述模拟执行阶段,还采用范德华相互作用、静电作用处理、积分算法和热控机制,并结合增强采样方法来提高成核事件概率,来进行所述降温模拟。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述结冰模拟时间与实际岩体结冰时间的转换关系,包括以下构建内容:选取代表性矿物-水界面体系,并在相同降温路径下获取其结冰起始时间点;结合已有实验或监测数据,建立典型温降-冻结响应曲线;通过温降路径归一化匹配与冻结动态特征对齐,提取缩放比例因子,构建适配不同岩性和温降条件的时间映射函数。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述结冰时间多因子响应数据库,包括以下构建内容:系统采集与整理包括岩体类型、含水状态、环境温度场和洞口积水状态的参数;将各条件下模拟获得的结冰时间节点,与所述参数构成样本对,形成结构化数据库。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预测模型的输出包括临界结冰时间点、结冰持续时间区间、冻结速率估计值和结冰风险等级建议。
8.一种基于分子动力学模拟的寒区隧道洞口结冰时间预测装置,其特征在于,所述装置包括:构建单元,用于在建模阶段,选取寒区岩体的主要造岩矿物,并构建所述主要造岩矿物相应的稳定晶面结构,与水分子层垂直叠合,形成矿物-水-空气三相界面模型,模型厚度5-6毫米,上部设置真空层;模拟单元,用于在模拟执行阶段,采用对应矿物部分的模拟粘土矿物、水分子及离子体系的分子力场,以及采用对应水分子部分的刚性平面四点水模型,在粒子数、体积和温度保持恒定的系综条件下,进行降温模拟,并以综合势能突变、氢键数量激增和均方位移曲线由线性向平台过度的联立指标判断矿物表面水分子结冰的临界时间节点;配置单元,用于在岩石宏观结冰时间映射阶段,通过构建的结冰模拟时间与实际岩体结冰时间的转换关系,进行微观时间尺度向宏观结冰时长的映射,并结合结冰时间多因子响应数据库,配置预测模型,其中,所述预测模型具体采用支持向量回归模型、随机森林模型或者极端梯度提升模型;预测单元,用于在工程预测阶段,调用所述预测模型预测寒区隧道洞口结冰时间。
9.一种处理设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有多条指令,所述指令适于处理器进行加载,以执行权利要求1至7任一项所述的方法。